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厂家从专业角度介超声波测厚仪测量试样厚度时的方法及注意事项

2025-06-23

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在复杂环境下（如高温、低温、强腐蚀、强电磁干扰、粗糙表面等）使用超声波测厚仪检测试样厚度时，需结合环境特点选择合适的检测方法和参数，并采取针对性的辅助措施。以下是具体方法和注意事项：

一、复杂环境分类及应对策略

1. 高温 / 低温环境

问题：温度会影响超声波在介质中的传播速度（声速），导致测量误差；高温可能损坏探头或耦合剂。
应对方法：
- 选择高温 / 低温探头：使用耐温探头（如高温压电陶瓷探头，耐温可达 300℃以上），或采用水冷、空气冷却等降温装置保护探头。
- 声速补偿：
  - 提前测量被测材料在目标温度下的声速（可通过标准试块校准），或使用带温度补偿功能的测厚仪自动修正。
  - 公式修正：实际厚度 $d = \frac{v ^{'} \times t}{2}$ ，其中 $v^{'}$ 为温度修正后的声速， $t$ 为超声波传播时间。
- 耦合剂选择：高温环境使用高温耦合剂（如硅脂、石墨粉），低温环境使用耐低温耦合剂（如甘油）。

2. 强腐蚀环境

问题：腐蚀介质可能损坏探头表面或腐蚀试样表面，导致耦合不良或声信号衰减。
应对方法：
- 探头防护：使用防腐蚀涂层（如聚四氟乙烯）或外置保护套（不锈钢、陶瓷）隔离探头与腐蚀介质。
- 试样预处理：清除表面腐蚀层（如打磨、酸洗），露出金属基材以确保耦合效果；若无法清除，可尝试采用穿透法测量（需双面接触，适用于均匀腐蚀场景）。
- 耦合剂抗腐蚀：选择化学稳定性强的耦合剂（如凡士林、氟化液）。

3. 强电磁干扰环境

问题：电磁干扰可能导致测厚仪电路信号紊乱，出现测量值跳动或误差。
应对方法：
- 设备抗干扰：选用带屏蔽功能的探头电缆（如双层屏蔽同轴电缆），或使用光纤传输信号的测厚仪。
- 接地与隔离：确保测厚仪和探头接地良好，远离干扰源（如电机、变压器），必要时使用金属屏蔽罩隔离仪器。

4. 粗糙表面或涂层 / 多层结构

问题：表面粗糙导致超声波散射，耦合效果差；多层结构（如涂层 + 基材）可能产生多重反射，干扰单次回波测量。
应对方法：
- 表面处理：打磨被测表面至粗糙度 $R a \leq 6.3 μ m$ ，或使用高粘度耦合剂（如黄油）填充缝隙。
- 模式选择：
  - 对粗糙表面，使用宽脉冲探头或低频探头（如 0.5~2MHz），减少散射衰减。
  - 对多层结构，启用测厚仪的 “多层模式” 或 “回波 - 回波模式”（测量底面两次回波间隔，排除涂层干扰）。

5. 狭小空间或复杂几何形状

问题：常规探头无法接触被测表面，或曲面（如管道内壁、凹坑）导致声束折射误差。
应对方法：
- 特殊探头：使用微型探头、角度探头（如 45°/60°）或柔性探头（可弯曲贴合曲面）。
- 几何修正：对曲面测量，需根据曲率半径修正声束路径（如管道测厚时，使用曲率补偿公式或专用软件）。

二、通用检测步骤与技巧

预校准：
- 使用与被测材料声速一致的标准试块校准仪器，确保零位和增益设置正确。
- 复杂环境下建议多次校准（如开始前、中途、结束后），避免环境变化影响精度。
耦合剂使用：
- 涂抹耦合剂需均匀、适量，避免气泡；动态测量时（如运动部件），可使用凝胶状耦合剂防止滴落。
测量点选择：
- 对腐蚀或磨损区域，采用网格法（如 10mm×10mm 网格）多点测量，取最小值判断壁厚减薄情况。
- 避免在焊缝、裂纹等缺陷附近测量，如需检测，可结合超声探伤辅助判断。
信号分析：
- 观察回波波形稳定性：若底波模糊或多次回波衰减明显，需重新检查耦合或表面状态。
- 使用双晶探头（一发一收）提高信噪比，适用于薄件或强散射材料（如铸铁）。

三、注意事项与安全规范

设备防护：复杂环境下需定期检查探头磨损、电缆老化情况，避免短路或信号中断。
人员安全：高温、高压、腐蚀场景需穿戴防护装备（如隔热手套、防化服），必要时停机检测。
数据记录：记录环境参数（温度、湿度、腐蚀介质）、测量条件（探头型号、耦合剂类型），便于追溯和误差分析。

四、典型应用场景举例

化工管道腐蚀检测：使用高温探头 + 穿透法，配合爬壁机器人实现带压管道在线测厚。
航空航天复合材料检测：采用低频探头 + 水耦合（非接触式），测量多层复合材料分层厚度。
核电设备高温部件：通过水冷探头 + 自动扫查装置，在辐射环境下实现远程自动化测厚。

通过以上方法，可有效提升超声波测厚仪在复杂环境下的检测精度和可靠性。实际操作中需结合具体工况灵活调整，并优先参考仪器厂商的环境适应性指南。

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